CN103858202B - 离子源 - Google Patents

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Abstract

提供了一种离子源，所述离子源用于输出具有高纯度的多价正离子的离子束。所述离子源10包括：靶12，通过由激光照射形成的等离子体从所述靶12生成电子和正离子；第一电源(第一电压E1)，其将所述靶12的电势设置为高于正离子的目的地的电势；以及第二电源(第二电压E2)，其将从所述靶12到所述目的地18的路径的电势设置为高于靶12的电势。

Description

离子源
技术领域
本发明涉及一种离子源，所述离子源通过对靶进行激光照射产生等离子体而输出离子束。
背景技术
利用激光的离子源通过将会聚激光束照射到固态靶生成等离子体，并且然后通过激光能量使得所述靶的元素蒸发和电离。所生成的等离子体维持它们的状态并且传输到加速器的入口，以通过差电势使得仅离子进入加速器并且然后作为离子束输出(参考专利文献1，2)。然而众所周知的是如果正离子的化合价较高的或其质量较小，则加速器的离子加速度更高。同样利用激光的离子源能有效地生成多价正离子。
[引文列表]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利号No.3713524
[专利文献2]JP2009-37764A
发明内容
发明要解决的问题
然而，除了多价正离子之外，从利用激光的离子源输出的离子束包含高比率的杂质，例如具有大质量的簇离子和具有低化合价的正离子。因为这个原因，存在的问题是如果由低纯度的多价离子形成的离子束进入线性加速器，则杂质污染所述线性加速器(FRQ)。
考虑这种情况作出本发明，并且本发明提供了能够输出具有高纯度的多价正离子的离子束的离子源。
附图说明
图1是示出了根据本发明的离子源的第一实施例的方框图。
图2是示出了根据本发明的离子源的第二实施例的方框图。
图3A是示出了在第二电源被设定为0(E2＝0V)的条件下，从离子源输出的离子电流的分布相对于离子的每一化合价的示意图。
图3B是示出了在第二电源运行的条件下，从离子源输出的离子电流的分布相对于离子的每一化合价的示意图。
具体实施方式
[第一实施例]
在下文中，将参考附图来描述本发明的实施例。
如图1中所示，离子源10包括：靶12，通过由激光13照射形成的等离子体从靶12而生成电子和正离子；第一电源(第一电压E1)，其将靶12的电势设置为高于正离子的目的地(对应于图1中的加速通道18)的电势；以及第二电源(第二电压E2)，其将从靶12到目的地18的路径(对应于图1中的滤波器电极15)的电势设置为高于靶12的电势。
电离室11将靶12容纳在抽空的内部空间中，电离室11具有被设置为与靶12的电势相同的电势。
激光照射构件(未示出)被设置在电离室11的外部。激光13通过设置在电离室11的表面上的透明窗口，进入所述内部空间以照射靶12的表面。聚光器(未示出)安装在电离室11的内部或外部。激光13在通过透明窗口之前或之后由所述聚光器聚光。
通过照射的激光13的能量，靶12的元素蒸发、电离并且进而产生等离子体14。等离子体14处于其中靶12的蒸发的元素被电离成正离子和电子的状态，并且整体变为电中性。
除了期望的多价正离子之外，等离子体14包含杂质，例如具有大质量的簇离子和具有低化合价的正离子。
如果正离子的化合价更高或其质量更小，则等离子体14中的正离子以更大的初始速度从靶12的表面跳出。等离子体14从激光照射点射出并且朝着垂直于靶的束方向X扩展开来。
滤波器电极15被设置在从靶12的下游侧到线性加速器17的上游侧的束方向X的路径上。滤波器电极15的形式可以采用管形、平板形等，如果在中心处具有用于正离子的通过口，则滤波器电极15的形式无需特别限制。
在离子源10中生成的等离子体14通过连通路径16，并且进入线性加速器17。连通路径16是电绝缘的，因为电离室11和线性加速器17之间的电势不同。等离子体14进入线性加速器17，电子被分离，并且正离子在加速通道18中被加速。
在图1中所示的电源电路中，靶12被施加靶电压(E0+E1)，其中第一电压E1被添加至偏置电压E0。滤波器电极15被施加滤波器电压(E0+E1+E2)，其中第二电压E2被添加至靶电压(E0+E1)。与此同时偏置电压E0可充分地等于0V。
包含在从靶12发出的等离子体中的具有大质量的簇离子和正离子14中的低价离子不能越过在束方向X上的滤波器电极15，因为它们的低初始速度。因此，将滤波器电极15设置在从靶12到加速通道18的路径上，能够改善从离子源10输出的期望的多价正离子的纯度。
通过调整第二电压E2，能够调整从离子源10输出的期望的多价正离子的比率和数量。
加速通道18被施加加速电压(E0+E*)，其中在偏置电压E0上叠加高频电压E*。
由于加速通道18的入口的电势被设置为低，而不是靶12和滤波器电极15的电势。因此，从离子源10输出的多价正离子速度增大，而不是保持初始速度，并且进入加速通道18的入口。
因此，进入加速通道18的多价正离子将被进一步加速。
[第二实施例]
如图2中所示，根据第二实施例的离子源10进一步包括具有分别对靶12和加速通道18开放的两个末端部分的等离子体传输管道19，等离子体传输管道19具有被设定为与靶12的电势相同的电势。
此外，相同部分的符号在图1和图2中是相同的，并且省略重叠部分的解释。
作为设置了等离子体传输管道19的结果，从靶12生成的等离子体可以在不扩展的情况下被引导到加速通道18的入口。
滤波器电极15被设置在等离子体传输通道19的路径上。因此，具有大质量的簇离子和低化合价离子不能通过等离子体传输管道19，离子源10能够输出高纯度和高效的多价正离子。
参考图 3A-3B来描述本发明的效果。
图3A是示出了在第二电源被设置为0(E2＝0V)的条件下，从离子源10输出的离子电流的分布相对于离子的每一化合价的示意图。
图3B是示出了在第二电源运行(E2≠0V)的条件下，从离子源输出的离子电流的分布相对于离子的每一化合价的示意图。
用于试验的离子源10具有第二实施例中示出的组成，并且靶12由石墨制成。碳离子的飞行时间(TOF)的特性根据化合价(+1到+6)而有所不同。基于这样的特性，示意图示出了针对离子的每一化合价的离子电流的测量值。应注意离子的化合价变得越高，飞行时间(TOF)变得越短。
如图3A中所示，通过设置第二电压E2＝0，观察到低价碳离子的离子电流值具有高强度，如区域(a)中所示。
另一方面，如图3B中所示，通过设置第二电压E2≠0，观察到多价碳离子的离子电流值具有高强度，如区域(b)中所示。
如上所述的，离子源10的至少一个实施例，通过将设置在从靶12到加速通道18的路径上的滤波器电极15的电势设置为高于靶12的电势，能够通过将具有大质量的簇离子和正离子14中的低价离子限制在电离室11中来改善从离子源10输出的期望的多价正离子的纯度。
尽管已经描述了某些实施例，但是这些实施例仅作为示例给出，并且其不旨在限制本发明的范围。实际上，能够以其他各种方式来体现这里描述的新颖的设备和方法；此外，在不偏离本发明的精神的情况下，能够对这里描述的设备和方法进行各种省略、替换和改变。所附权利要求和它们的等同物旨在覆盖落在本发明的精神和范围内的这些形式或变型。

Claims (3)

1.一种离子源，包括：
靶，通过由激光照射形成的等离子体从所述靶生成电子和正离子；
第一电源，所述第一电源将所述靶的电势设置为高于被施加高频电压而使所述正离子加速成为离子束的加速通道的电势；
第二电源，所述第二电源将在从所述靶到所述加速通道的路径上设置的滤波器电极的电势设置为高于所述靶的电势；
电离室，容纳有所述靶以及所述滤波器电极，且作为真空隔壁发挥作用，并且被设定为与所述靶的电势相同的电势；以及
连通路径，将容纳有所述加速通道的线性加速器与所述电离室连通，使越过了所述滤波器电极的所述等离子体通过。
2.根据权利要求1所述的离子源，还包括：
等离子体传输管道，所述等离子体传输管道具有对所述靶和所述正离子的目的地开放的两个末端部分，所述等离子体传输管道具有被设置为与所述靶的电势相同的电势。
3.根据权利要求1所述的离子源，其中
所述第二电源被配置成供应可调电压。
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